Elektrontransportkjeden (ETC) er den biokjemiske prosessen som produserer mesteparten av en celles drivstoff i aerobe organismer. Dette innebærer oppbygging av en protonmotivkraft (PMF), som muliggjør produksjon av ATP, den viktigste katalysatoren for cellulære reaksjoner. ETC er en serie redoksreaksjoner der elektroner overføres fra reaktanter til mitokondrieproteiner. Dette gir proteinene muligheten til å bevege protoner over en elektrokjemisk gradient og danne PMF.
Sitronsyresyklusen mates inn i ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
De viktigste biokjemiske reaktantene til ETC er elektrondonorene succinat og nikotinamidadenindinukleotidhydrat (NADH). Disse genereres av en prosess som kalles sitronsyresyklus (CAC). Fett og sukker brytes ned i enklere molekyler som pyruvat, som deretter mates inn i CAC. CAC fjerner energi fra disse molekylene for å produsere de elektrontette molekylene som trengs av ETC. CAC produserer seks NADH-molekyler og overlapper med ETC riktig når det danner suksinat, den andre biokjemiske reaktanten.
NADH og FADH2
Fusjonen av et elektronfattig forløpermolekyl kalt nikotinamid-adenindinukleotid (NAD +) med et proton danner NADH. NADH produseres i mitokondriell matrise, den innerste delen av mitokondrionen. De forskjellige transportproteinene til ETC er lokalisert på den mitokondrielle indre membranen, som omgir matrisen. NADH donerer elektroner til en klasse ETC-proteiner kalt NADH dehydrogenaser, også kjent som kompleks I. Dette bryter NADH ned i NAD + og en proton, og transporterer fire protoner ut av matrisen i prosessen, og øker PMF. Et annet molekyl kalt flavin adenin dinucleotide (FADH2) spiller en lignende rolle som en elektrondonor.
Succinat og QH2
Suksinatmolekylet produseres av ett av de midterste trinnene i CAC og blir deretter nedbrutt til fumarat for å danne dihydrokinon (QH2) elektrondonoren. Denne delen av CAC overlapper med ETC: QH2 driver et transportprotein kalt Complex III, som virker for å utvise ytterligere protoner fra mitokondrie-matrisen, og øke PMF. Kompleks III aktiverer et ekstra kompleks kalt Complex IV, som frigjør enda flere protoner. Dermed resulterer nedbrytningen av suksinat til fumarat i utvisning av mange protoner fra mitokondrion gjennom to samspillende proteinkomplekser.
Oksygen
•••Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images
Celler utnytter energi gjennom en serie langsomme, kontrollerte forbrenningsreaksjoner. Molekyler som pyruvat og succinat frigjør nyttig energi når de forbrennes i nærvær av oksygen. Elektroner i ETC overføres til slutt til oksygen, som reduseres til vann (H2O), og absorberer fire protoner i prosessen. På denne måten fungerer oksygen både som en terminal elektronmottaker (det er det siste molekylet som får ETC-elektronene) og som en viktig reaktant. ETC kan ikke skje i fravær av oksygen, så oksygen-sultede celler ty til svært ineffektiv anaerob respirasjon.
ADP og Pi
Det endelige målet med ETC er å produsere høyenergimolekylet adenosintrifosfat (ATP) for å katalysere biokjemiske reaksjoner. Forløperne til ATP, adenosindifosfat (ADP) og uorganisk fosfat (Pi) blir lett importert til mitokondriell matrise. Det kreves en høyenergireaksjon for å binde ADP og Pi sammen, det er her PMF fungerer. Ved å tillate protoner tilbake i matrisen produseres arbeidsenergi, som tvinger dannelsen av ATP fra forløperne. Det anslås at 3,5 hydrogener må inn i matrisen for dannelsen av hvert ATP-molekyl.
